空气电容器的相关基础内容

可变电容器是一种具有可变电容值的电容器，这类电容器包括两个板，而在这些板之间的区域可以简单地调整以改变电容器的电容，其主要有两种类型，分别是空气电容器和微调电容器。

通常情况下，这些电容器特别用于LC电路以及收音机内的频率调谐。在本文中，小编简单介绍其中的一种类型，即空气电容器的相关基础内容。

基本概念

空气电容器就是使用空气作为电介质的电容器，该电容器可以设计为固定或可变电容形式。固定电容型不经常使用，因为有不同类型的固定电容器，其特性比它好的多，所以可变电容形式由于其简单的结构而更频繁地使用。

空气电容器通常由两组半圆形金属板制成，金属板通过空气介电材料隔开。在这些金属板中，一组是永久性的，另一组连接到轴上，允许操作员在需要时转动组件以改变电容。当两个金属板之间的重叠较大时，电容较高。因此，当两组金属板之间的重叠最大时，达到最高电容条件，而一旦没有重叠，则达到最低电容条件。为了更好的电容控制、更精细的调整和更高的精度，使用了减速齿轮机构。

此外，空气电容器的电容值很小，范围为100pF–1nF，而工作电压范围为10至1000V。电介质的击穿电压较小，因此电容器内部的电击穿会发生变化，从而导致空气电容器的工作不良。

结构和工作原理

像空气电容器这样的可调节电容器包括一系列半圆形、旋转的铝板，这些铝板位于中心轴的顶部，布置在一组等距的固定铝板之间。该电容器的中心有一个钻孔，用于通过控制棒。为了控制该棒，连接交替的圆盘以使其自由穿过其他圆盘，这意味着圆盘组被有效地分成两组，共同形成电容器的两个极板区域。

一旦电容器盘呈半圆形，然后转动移动组，就会使两组重叠的量变为整个盘区。当该电容器的电容量取决于其整个极板面积时，该面积内的变化会引起元件电容的等效变化，因此允许使用者随意修改元件的值。

动铝板转动时，动静板的重叠量发生变化。这些板组之间的空气就像一种有效的电介质，使这些组彼此绝缘。当电容器的电容取决于极板的相互尺寸时，这种调整只允许调整空气电容器的值。

应用电路

简单的空气电容电路如下图所示。该电容器使用空气作为电介质，它是通过使用两个金属化箔或金属板设计的，彼此之间有一定的距离平行连接。电容器将能量以电荷形式存储在板上。

一旦将电压施加到空气电容器以测量两个板上的电荷，则“Q”电荷与“V”电压的比率将为电容器提供电容值，公式为：C=Q/V。当然，这个公式也可以写成提供测量两个板上电荷量的公式，即：Q=CxV。

一旦向电容器提供电流，它就会充电，因此静电场将变得非常强，因为它在两个极板之间存储了更多的能量。同样，当电流流出空气电容器时，这两个极板之间的电位差会减小，当电能离开极板时，静电场会减小。因此，电容是电容器的特性之一，电容器用于以静电场形式在其两个板上存储电荷。

关于介电常数

介电常数可以定义为每种材料的属性，它是用于测量针对电场形成提供的电阻的介质，用希腊字母“ϵ”(epsilon)表示，其单位是F/m或法拉每米。

现在考虑一个电容器，它包括两个相隔距离“d”的极板，则在这两个极板之间使用像空气这样的电介质。在电容器的两个极板之间，存在形成电偶极矩的分子。电偶极子是指一对相反且相等的电荷。例如，一个分子的一端带正电荷，另一端带负电荷，它们之间有一定距离，如下图所示：

在下图中，分子通常在电容器极板内随机排列。一旦在外部对这些极板施加电场，电容器内的分子就会以一种更好的方式自行排列，这就是所谓的极化率。因此，它们的偶极矩会产生自己的电场。该电场与外部施加的电场相反，因此它变得像两个保持相互抵抗的磁铁的同极。

当分子排成一行或极化更多时，它们会抵抗外部电场，这就是我们所说的介电常数。在这里，介电常数测量材料或介质对外部电场的电阻。

如果介质的介电常数较高，则该介质的分子极化更好，因此它们对外部电场的抵抗力更大。同样，如果介质的介电常数较低，则分子极化较弱，因此它们对外部电场的抵抗力较小。

介电常数不是恒定的，因此它会随着温度、湿度、介质类型、场频率、电场强度等不同因素而变化。

介电常数在确定电容器的电容方面起着重要作用。因此，平行板电容器的电容由下式计算：

C = ε x A/d

其中：'A' 是单个板的面积、“d”是两个电容器极板之间的距离、'ϵ' 是电容器两块板之间的介质的介电常数。

如果你仔细观察下图两个电容器，介电常数会明显影响电容器的电容。在以下两个电容器中，左侧电容器中使用的电介质是空气。因此，该空气电容器的相对介电常数略大于1，即1.0006。

类似地，在第二个电容器(右侧)中，使用的电介质是玻璃。因此该电容器的介电常数约为4.9至7.5。因此，与空气电容器相比，具有玻璃介质的电容器具有较高的介电常数。

因此，具有较小介电常数的材料将提供较小的电容，而具有较高介电常数的材料将提供高电容。因此，介电常数在决定电容值中起主要作用。

主要特征

空气电容器的特性包括以下几个方面内容：

它是无极性的，这意味着这些电容器可以安全地用于交流应用中，直到不超过最高电压额定值。

这些电容器具有介于100pF和1nF之间的小电容。

最大工作电压主要取决于电容器的物理尺寸。

高工作电压需要两个板之间的空间足以避免空气的电击穿。

空气的介电强度低于许多其他材料，这使得这些电容器不适用于高电压。

优缺点

空气电容器的优点包括以下几点内容：

它具有较少的泄漏电流，这意味着该电容器内的工作损耗最小，特别是在湿度不高的情况下。

绝缘电阻高。

稳定性好。

击穿电压较低。

耗散因数低。

空气电容器的缺点包括以下几点内容：

尺寸相对较大。

具有较小的电容。

价格比较昂贵。

与其他电容器相比，占用更多空间。

主要应用

空气电容器的应用包括以下几方面内容：

通常用于需要改变电容的谐振LC电路。

应用电路包括无线电调谐器、混频器和天线调谐器的阻抗匹配组件。

这些通常用于需要可调节电容的地方，例如谐振电路。

该电容器用于调谐无线电电路以及需要较少损耗的电路。

总结

以上就是关于空气电容器工作原理、介电常数以及应用电路等相关内容内容介绍。一般情况下，空气电容器由铝制成，所以在非常强的磁场中也能很好的工作。

需要注意的是，空气电容器是非极性的，这意味着可以安全地使用空气电容器而不考虑DC极性，这在一些应用中是有非常有用的。只要不超过最大额定电压，它们就可安全用于交流应用。